JP2012058338A - Optical element, camera module, and mobile device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、携帯電話などの携帯機器に搭載される光学素子と、それを備えたカメラモジュールおよび携帯機器に関する。 The present invention relates to an optical element mounted on a mobile device such as a mobile phone, a camera module including the optical element, and a mobile device.
近年、携帯電話などの携帯機器には、多くの場合、小型のカメラ機構が搭載されている。一般的に、カメラ機構には、使用環境に応じて反射光による影響を除去する偏光フィルタ機能や、被写体までの距離に応じた焦点距離調整機能が装備されていることが好ましく、それにより、画像品質の向上を実現することが可能となる。 In recent years, portable devices such as mobile phones are often equipped with small camera mechanisms. In general, the camera mechanism is preferably equipped with a polarizing filter function that removes the influence of reflected light according to the use environment and a focal length adjustment function according to the distance to the subject. Quality improvement can be realized.
このような偏光フィルタ機能や焦点距離調整機能を実現するために、機械的な駆動機構を使用することが行われている。例えば、特許文献1には、コイルによってレンズを光軸方向に移動させる機械的な駆動機構を用いて、焦点距離の可変および調整を行うカメラモジュールが開示されている。 In order to realize such a polarization filter function and a focal length adjustment function, a mechanical drive mechanism is used. For example, Patent Document 1 discloses a camera module that varies and adjusts a focal length using a mechanical drive mechanism that moves a lens in an optical axis direction by a coil.
しかしながら、上述のような機械的な駆動機構を設けることは、携帯機器の大型化につながってしまい、好ましくない。 However, providing the mechanical drive mechanism as described above is not preferable because it leads to an increase in the size of the portable device.
そこで、本発明の目的は、携帯機器のカメラ機構に使用され、機械的な駆動機構を用いることなく、画像品質の向上を実現できる光学素子と、それを備えたカメラモジュールおよび携帯機器を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide an optical element that can be used in a camera mechanism of a portable device and can improve image quality without using a mechanical drive mechanism, and a camera module and a portable device including the optical element. That is.
上述した目的を達成するために、本発明の光学素子は、第1の透明基板と、第1の透明基板に対して光の入射側に設けられ、入射した光のうち、特定の偏光方向の光を透過させる偏光手段と、第1の透明基板と偏光手段との間に設けられた液晶レンズ素子と、を有し、液晶レンズ素子が、特定の偏光方向と同一の方向に配向した液晶分子を有する液晶層と、液晶層に対して光の入射側で液晶層に接して設けられた透明絶縁層と、液晶層の液晶分子の配向状態を制御するための電圧が印加される第1および第2の透明電極であって、第1の透明電極が、第1の透明基板と液晶層とに接して設けられ、第2の透明電極が、透明絶縁層と偏光手段とに接して設けられた、第1および第2の透明電極と、を有している。 In order to achieve the above-described object, the optical element of the present invention is provided on the light incident side with respect to the first transparent substrate and the first transparent substrate, and has a specific polarization direction among the incident light. Liquid crystal molecules having a polarizing means for transmitting light, and a liquid crystal lens element provided between the first transparent substrate and the polarizing means, wherein the liquid crystal lens element is aligned in the same direction as a specific polarization direction A liquid crystal layer, a transparent insulating layer provided in contact with the liquid crystal layer on the light incident side with respect to the liquid crystal layer, and a first voltage to which a voltage for controlling the alignment state of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer is applied A second transparent electrode, wherein the first transparent electrode is provided in contact with the first transparent substrate and the liquid crystal layer, and the second transparent electrode is provided in contact with the transparent insulating layer and the polarizing means. And first and second transparent electrodes.
また、本発明のカメラモジュールは、上記に記載の光学素子を備えており、本発明の携帯機器は、上記に記載のカメラモジュールを備えている。 The camera module of the present invention includes the optical element described above, and the portable device of the present invention includes the camera module described above.
以上、本発明によれば、携帯機器のカメラ機構に使用され、機械的な駆動機構を用いることなく、画像品質の向上を実現できる光学素子と、それを備えたカメラモジュールおよび携帯機器を提供することができる。 As described above, according to the present invention, there are provided an optical element that can be used in a camera mechanism of a portable device and can improve image quality without using a mechanical drive mechanism, a camera module including the optical element, and a portable device. be able to.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態における光学素子の構成を概略的に示す断面図であり、積層方向に沿った断面を示している。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the optical element according to the first embodiment of the present invention, and shows a cross section along the stacking direction.
本実施形態の光学素子10は、カメラモジュールの撮像素子(図示せず)の前段で用いられ、第1の透明基板11と、偏光板(偏光手段)12と、第1の透明基板11と偏光板12との間に設けられた液晶レンズ素子13と、を有している。
The optical element 10 of the present embodiment is used in the front stage of an image pickup element (not shown) of a camera module, and includes a first
第1の透明基板11は、ガラス板からなり、光の入射側(図1で見て上側)の表面に、後述する第1の透明電極16が形成されている。偏光板12は、第1の透明基板11および液晶レンズ素子13に対して光の入射側に設けられ、光学素子10に入射した光のうち、特定の偏光方向の光を透過させるために用いられている。これにより、被写体の遠景の画像がより鮮明となり、また、水面やガラスの反射光による被写体への不要な写りこみを防ぐことができる。
The first
液晶レンズ素子13は、液晶層14と、液晶層14に対して光の入射側で液晶層14に接して設けられた透明絶縁層15と、これらの層を挟むように設けられた第1および第2の透明電極16,17と、を有している。第1の透明電極16は、第1の透明基板11側で、第1の透明基板11と液晶層14とに接して設けられ、第2の透明電極17は、偏光板12側で、透明絶縁層15と偏光板12とに接して設けられている。
The liquid
液晶層14は、ラビング処理により所定の方向に配向した液晶分子を有しており、この液晶分子の配向方向は、偏光板12を透過した光の偏光方向と同一の方向になるように設定されている。これにより、偏光板12を透過した特定偏光成分の光が液晶層14に入射され、液晶層14、すなわち液晶レンズ素子13での焦点距離の調整が可能となる。また、透明絶縁層15は、液晶層14と第2の電極17との距離を調節するために、ガラスなどの薄膜として設けられている。
The
図2は、第1の透明電極16および第2の透明電極17を概略的に示す平面図であり、図2(a)が第1の透明電極16の概略平面図、図2(b)が第2の透明電極17の概略平面図である。
FIG. 2 is a plan view schematically showing the first
第1および第2の透明電極16,17はそれぞれ、酸化インジウムスズ(ITO)などの透明導電膜から構成されている。第1の透明基板11上に形成された第1の透明電極16は、図2(a)に示すように、第1の透明基板11の光の入射側の表面全面を覆うように、いわゆるベタパターンとして構成されている。一方、透明絶縁層15上に形成された第2の透明電極17は、図2(b)に示すように、中央付近の円形電極17aと、円形電極17aの周囲を囲うように形成された周囲電極17bとを有している。円形電極17aと周囲電極17bとは、互いに電気的に絶縁され、内部が同電位となっている。したがって、第2の透明電極17は、各電極17a,17bに対して個別に電圧を印加して、それらを制御できるように構成されている。
The first and second
このような構成により、液晶レンズ素子13は、2種類の電圧値のみの制御で、焦点距離調整機能を実現することができる。すなわち、第1の透明電極16と周囲電極17bとの間に印加される第1の電圧と、第1の透明電極16と円形電極17aとの間に印加される第2の電圧とをそれぞれ調節することで、焦点距離調整機能が実現されるように、液晶層14の液晶分子の配向状態を制御することができる。具体的には、第1の電圧により、液晶層14にレンズとしての機能を付与することができ、その状態で、第1の電圧とは独立した第2の電圧を可変に印加することで、被写体の遠近度に応じた焦点距離の調整が可能となる。
With such a configuration, the liquid
以上のように、本実施形態の光学素子10では、画像品質に関わる偏光フィルタ機能と焦点距離調整機能とが、機械的な駆動機構を用いることなく実現可能となる。これにより、カメラモジュールの小型化、薄型化を維持しながら、従来よりもより鮮明な画像を撮像素子に結像させて、画像を記録することが可能となる。 As described above, in the optical element 10 of the present embodiment, the polarization filter function and the focal length adjustment function related to image quality can be realized without using a mechanical drive mechanism. As a result, it is possible to form an image that is clearer than the conventional image on the image sensor and record the image while maintaining the miniaturization and thinning of the camera module.
[第2の実施形態]
図3は、本発明の第2の実施形態における光学素子の構成を概略的に示す断面図であり、積層方向に沿った断面を示している。
[Second Embodiment]
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the optical element according to the second embodiment of the present invention, and shows a cross section along the stacking direction.
本実施形態は、第1の実施形態に対して、光の入射側の偏光手段の構成を変更した変形例である。本実施形態の光学素子20には、第1の実施形態における偏光板12の代わりに、ガラス板22aと、偏光方向が液晶層14の配向方向と同一となるように設定された偏光フィルム22bとからなる偏光手段22が設けられている。これ以外の構成については、第1の実施形態と同様であり、本実施形態によって得られる効果についても、第1の実施形態と同様である。なお、本実施形態を含め、以下に示す各実施形態では、第1の実施形態と同じ部材については図面に同じ符号を付し、説明は省略する。
The present embodiment is a modification in which the configuration of the polarization means on the light incident side is changed with respect to the first embodiment. In the optical element 20 of the present embodiment, instead of the polarizing plate 12 in the first embodiment, a
[第3の実施形態]
図4は、本発明の第3の実施形態における光学素子の構成を概略的に示す断面図であり、積層方向に沿った断面を示している。
[Third Embodiment]
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of an optical element according to the third embodiment of the present invention, and shows a cross section along the stacking direction.
本実施形態は、第1の実施形態に対する変形例であり、入射光の偏光面を自由に選択するためのいくつかの層が追加されている。 This embodiment is a modification of the first embodiment, and several layers for freely selecting the polarization plane of incident light are added.
第1の実施形態では、液晶レンズ素子が特定の一方向の偏光成分にしかレンズ効果を付与しないため、液晶レンズ素子を通過する光の偏光面の振動方向は、偏光板の偏光方向によって規定された方向に限定されることになる。所望の偏光面を有する光を通過させたい場合、偏光板と液晶レンズ素子を含めた素子全体を回転させることが考えられるが、このことは、機械的な回転機構を必要とするため、携帯機器の大型化につながってしまう。一方、本実施形態では、後述するように、入射した光の偏光面を回転させる機構が設けられていることで、機械的な回転機構を用いることなく所望の偏光面を有する光を通過させることが可能となっている。 In the first embodiment, since the liquid crystal lens element imparts a lens effect only to a polarization component in one specific direction, the vibration direction of the polarization plane of light passing through the liquid crystal lens element is defined by the polarization direction of the polarizing plate. The direction will be limited. When light having a desired polarization plane is desired to pass, it is conceivable to rotate the entire element including the polarizing plate and the liquid crystal lens element. However, this requires a mechanical rotation mechanism. Will lead to an increase in size. On the other hand, in this embodiment, as will be described later, by providing a mechanism for rotating the polarization plane of incident light, light having a desired polarization plane can be passed without using a mechanical rotation mechanism. Is possible.
すなわち、本実施形態の光学素子30は、第1の実施形態の構成に加えて、偏光板12よりもさらに光の入射側に設けられた第2の透明基板31と、この第2の透明基板31と偏光板12との間に設けられた旋光手段32と、をさらに有している。
That is, the optical element 30 of the present embodiment includes a second
旋光手段32は、入射した光の偏光面を回転させるTN液晶層33と、この回転を制御するための電圧が印加される第3および第4の透明電極34,35と、を有している。第3の透明電極34は、偏光板12とTN液晶層34とに接して設けられ、第4の透明電極35は、TN液晶層34と第2の透明基板31とに接して設けられている。なお、第3および第4の透明電極34,35はそれぞれ、第1および第2の透明電極16,17と同様の透明導電膜から構成されている。
The
TN液晶層33は、ラビング処理によって、上下の透明板(図示せず)で液晶分子の配向方向が互いに直交するように構成され、したがって、層内の液晶分子は、90度ねじれて配列されている。この状態では、TN液晶層33を透過した光は、偏光面が90度回転させられ、すなわちTN液晶層33は旋光性を示すことになる。本実施形態では、第3および第4の透明電極34,35を通じてTN液晶層33に電圧を印加すると、TN液晶層33内の液晶分子の配向方向を変化させることができ、したがって、TN液晶層33を透過する光の偏光面の回転量を変化させることができる。そのため、電極34,35間の印加電圧の強度を調節することにより、偏光面の回転量を制御して旋光性の度合いを変化させることが可能となる。このようにして、本実施形態では、旋光手段32による透過光の偏光面と偏光板12の偏光方向との相対角度を調整して、使用状況に応じてカメラモジュール(液晶レンズ素子13)への入射光の偏光面の角度を制御することができる。これにより、機械的な駆動機構を用いることなく、電圧を印加するだけで、偏光板を回転させることによる偏光フィルタ効果と同等の効果を得ることができ、被写体の画像の鮮明度や光量の調整が可能となる。なお、TN液晶層33は、偏光板12側の配向方向が、偏光板12の偏光方向(すなわち、液晶層14の配向方向)と同一になるように設定されている。
The TN
また、本実施形態の旋光手段32では、いずれもベタパターン(図示せず)の第3および第4の電極34,35の間に1種類の電圧を印加することだけで、入射光の偏光面の振動方向を自在に制御することができる点も有利である。また、第1および第3の透明電極16,34、あるいは第1および第4の透明電極16,35は、電気的に接続されて同電位であってもよく、それにより、4つの電極で3種類の電圧を独立に制御するのみで上記の効果を得ることができる。そのため、制御方法も非常に単純になる上、各電極のパターンも極めて単純であるため、製造コストを低く抑えることも可能となる。
In the optical rotation means 32 of the present embodiment, the polarization plane of incident light can be obtained only by applying one kind of voltage between the third and
[第4の実施形態]
図5は、本発明の第4の実施形態における光学素子の構成を概略的に示す斜視図である。なお、簡単のために、一部の構成は図示を省略している。
[Fourth Embodiment]
FIG. 5 is a perspective view schematically showing a configuration of an optical element in the fourth embodiment of the present invention. For the sake of simplicity, some components are not shown.
本実施形態は、第3の実施形態に対する変形例であり、本実施形態の光学素子40には、第2の透明電極17と第3の透明電極34とを電気的に接続する可撓性の配線部材であるフレキシブルプリント基板(FPC)41が設けられている。さらに、このFPC41上には、第2および第3の透明電極17,34間に交流電圧を印加する交流電圧印加手段である集積回路(IC)42が設けられている。IC42は、電圧5V以下の直流電源で駆動されるようになっており、これにより、小型カメラや携帯電話などの電源電圧で駆動させることが可能となる。そのため、本実施形態の光学素子40は、光学特性の電圧による制御が新たな電源供給機構を設けることなく可能となり、小型の携帯機器への搭載も容易に行うことができる。なお、本実施形態では、第1の透明電極および第2の透明電極ふが、互いに同電位となるように電気的に接続されており、同様に、第3の透明電極および第4の透明電極が、互いに同電位となるように電気的に接続されている。
The present embodiment is a modification to the third embodiment, and the optical element 40 of the present embodiment is a flexible member that electrically connects the second
また、本実施形態では、1枚のシート状のFPC41を切り欠き、その切り欠き部分41aを折り曲げることによって、偏光板12の上面および下面にそれぞれ設けられた第2の透明電極17と第3の透明電極34との電気的な接続が得られている。このため、本実施形態は、製造コストの低減にも寄与することができる。
In the present embodiment, the second
10,20,30,40 光学素子
11 第1の透明基板
12 偏光板
13 液晶レンズ素子
14 液晶層
15 透明絶縁層
16 第1の透明電極
17 第2の透明電極
17a 円形電極
17b 周囲電極
22 偏光手段
22a ガラス板
22b 偏光フィルム
31 第2の透明基板
32 旋光手段
33 TN液晶層
34 第3の透明電極
35 第4の透明電極
41 フレキシブルプリント基板(FPC)
42 集積回路(IC)
10, 20, 30, 40
42 Integrated Circuit (IC)
Claims (9)
前記第1の透明基板に対して光の入射側に設けられ、入射した光のうち、特定の偏光方向の光を透過させる偏光手段と、
前記第1の透明基板と前記偏光手段との間に設けられた液晶レンズ素子と、
を有し、
前記液晶レンズ素子が、
前記特定の偏光方向と同一の方向に配向した液晶分子を有する液晶層と、
前記液晶層に対して光の入射側で該液晶層に接して設けられた透明絶縁層と、
前記液晶層の前記液晶分子の配向状態を制御するための電圧が印加される第1および第2の透明電極であって、前記第1の透明電極が、前記第1の透明基板と前記液晶層とに接して設けられ、前記第2の透明電極が、前記透明絶縁層と前記偏光手段とに接して設けられた、第1および第2の透明電極と、
を有する、光学素子。 A first transparent substrate;
A polarizing means provided on the light incident side with respect to the first transparent substrate and transmitting light of a specific polarization direction among the incident light;
A liquid crystal lens element provided between the first transparent substrate and the polarizing means;
Have
The liquid crystal lens element is
A liquid crystal layer having liquid crystal molecules aligned in the same direction as the specific polarization direction;
A transparent insulating layer provided in contact with the liquid crystal layer on the light incident side with respect to the liquid crystal layer;
The first and second transparent electrodes to which a voltage for controlling the alignment state of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer is applied, wherein the first transparent electrode includes the first transparent substrate and the liquid crystal layer. First and second transparent electrodes, wherein the second transparent electrode is provided in contact with the transparent insulating layer and the polarizing means, and
An optical element.
前記旋光手段が、入射した光の偏光面を回転させるTN液晶層と、該回転を制御するための電圧が印加される第3および第4の透明電極であって、前記第3の透明電極が、前記偏光手段と前記TN液晶層とに接して設けられ、前記第4の透明電極が、前記TN液晶層と前記第2の透明基板とに接して設けられた、第3および第4の透明電極と、を有する、請求項1または2に記載の光学素子。 A second transparent substrate provided on the light incident side with respect to the polarizing means; and an optical rotation means provided between the polarizing means and the second transparent substrate,
The optical rotation means includes a TN liquid crystal layer that rotates a polarization plane of incident light, and third and fourth transparent electrodes to which a voltage for controlling the rotation is applied, wherein the third transparent electrode The third and fourth transparent layers are provided in contact with the polarizing means and the TN liquid crystal layer, and the fourth transparent electrode is provided in contact with the TN liquid crystal layer and the second transparent substrate. The optical element according to claim 1, comprising an electrode.
前記第2の透明電極と前記第3の透明電極とを電気的に接続する可撓性の配線部材と、該配線部材上に設けられ、前記第2および第3の透明電極間に交流電圧を印加する交流電圧印加手段と、をさらに有する、請求項3に記載の光学素子。 The first and second transparent electrodes are electrically connected to have the same potential, and the third and fourth transparent electrodes are electrically connected to have the same potential;
A flexible wiring member that electrically connects the second transparent electrode and the third transparent electrode; and an AC voltage provided between the second and third transparent electrodes provided on the wiring member. The optical element according to claim 3, further comprising: an alternating voltage applying unit that applies.
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JP2010199232A JP2012058338A (en) | 2010-09-06 | 2010-09-06 | Optical element, camera module, and mobile device |
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Cited By (1)
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CN110082982A (en) * | 2019-05-27 | 2019-08-02 | 北京航空航天大学 | A kind of liquid crystal lens array of simple electrode structure |
-
2010
- 2010-09-06 JP JP2010199232A patent/JP2012058338A/en active Pending
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